Catabolismo

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Catabolismo

  1. 1. CATABOLISMO YOBTENCIÓN DE ENERGÍA Francisco Orozco Rodríguez
  2. 2. Tipos de Nutrición FUENTE DE ENERGÍA FOTÓTROFOS QUIMIÓTROFOS (Luz) (Energía química) LITÓTROFOS FOTOLITÓTROFOS QUIMIOLITÓTROFOS AUTÓTROFOS (H2O, H2S) (bacterias fotosintéticas del (bacterias quimiosintéticas) (CO2) azufre, vegetales con clorofila) ORGANÓTROFOS FOTOORGANÓTROFOS QUIMIOORGANÓTROFOS HETERÓTROFOS (bacterias purpúreas no (otras bacterias, animales y(Moléculas complejas) sulfurosas) hongos) (Materia orgánica) ÚLTIMO ACEPTOR DE H (e-) FUENTE DE FUENTE DE HIDRÓGENO CARBONO AEROBIOS ANAEROBIOS (Oxígeno) (Otras sustancias) SUMINISTRO DE NITRÓGENO Para fabricar proteínas
  3. 3. Anabolismo Vs CatabolismoCatabolismo, produce Catabolismoenergía a través de la XY X+Yoxidación.Anabolismo, produce energía 2H(2H+ + 2e-)materia orgánicamediante la reducción.Requiere energía. Hay X+Y XYotras formas que no Anabolismonecesitan reducciónXY moléculas reducidas, X e Y moléculas oxidadas.
  4. 4. Las reacciones metabólicas son reacciones de oxidorreducción Una molécula se oxida si pierde electrones al tiempo que otra molécula gana esos electrones y se reduce. OXIDACIÓN REDUCCIÓNPérdida de e-, conlleva aumento del Ganancia de e-, conlleva disminuciónnúmero de oxidación: Cu+ Cu2+ del número de oxidación: Cu2+ Cu+Pérdida de hidrógeno: R-H R Incorporación de hidrógeno: R R-HIncorporación de oxígeno: R R-O Pérdida de oxígeno: R-O R
  5. 5. Reacciones de oxidorreducción
  6. 6. Reacciones de oxidorreducción
  7. 7. El ATP en las reacciones metabólicasLas reacciones metabólicas están acopladas energéticamente através del ATP.El ATP se puede sintetizar de tres formas diferentes: fosforilación a nivel de sustrato X-P ADP ATP X P fosforilación oxidativa: membrana interna de mitocondrias fotofosforilación: transformación de la energía lumínica en las membranas de los tilacoides.
  8. 8. Ubicación de las vías metabólicas
  9. 9. Metabolismo celular: - Anabolismo -Catabolismo
  10. 10. Catabolismo. Características y tiposConjunto de reacciones de transformación de moléculas orgánicas en otras moléculasorgánicas más simples o en moléculas inorgánicas. Son reacciones de oxidación yexergónicas.Dos tipos: respiración y fermentación. A) Respiración: da lugar a productos inorgánicos - respiración aerobia: O2 como aceptor de e- al unirse. Rinde H2O. Células eucariotas y muchas procariotas. - respiración anaerobia: aceptor de e- sustancias inorgánicas diferentes del O2. Exclusivo de células procariotas. B) Fermentación: Aceptor de e- es una molécula orgánica, y los productos finales son sustancias orgánicas. Son reacciones anaerobias y liberan poca energía. Células procariotas y algunas eucariotas como levaduras y células musculares de animales.Las células pueden clasificarse en aerobias, anaerobias facultativas y anaerobiasestrictas
  11. 11. Catabolismo Respiración FermentaciónOxidación total de la materia orgánica. Oxidación parcial de la materia orgánicaLos productos de reacción no contienen Los productos de reacción contienenenergía. todavía energíaSe libera toda la energía. Se libera poca energía El aceptor final de electrones es una molécula orgánica. Aerobia Anaerobia Fermentación AlcohólicaAceptor final el O2 Aceptor final molécula inorgánica distinta del O2 Fermentación láctica
  12. 12. Respiración aerobiaCatabolismo total de cualquier forma de molécula orgánica que seoxida hasta CO2, libera energía e hidrógenos que son captados porel O2 para rendir H2O.Generalmente los sustratos son glúcidos y lípidos.La glucosa es la molécula más utilizada y la reacción global sería: C6H12O6 (glucosa) + 6O2 6CO2 + 6H2O + energíaEsta reacción no se lleva a cabo directamente, pues se perdería lamayor parte de la energía en forma de calor. A continuación vamosa ver las reacciones catabólicas de glúcidos, lípidos, proteínas yácidos nucleicos.
  13. 13. Fases del catabolismo de glúcidos En el aparato digestivo de los animales, los polisacáridos contenidos en los alimentos son hidrolizados y degradados primero en disacáridos y luego en monosacáridos, como la glucosa, la fructosa y la galactosa. Las reservas de glucógeno del hígado o de almidón en células vegetales pueden también ser hidrolizadas en glucosa. La glucosa es el monosacárido más abundante y ocurre en dos fases su catabolismo: - Glucólisis - Respiración: · Ciclo de KREBS. · CTEM
  14. 14. Incorporación de glúcidos• Polisacáridos Glucosa 1- P Glucosa 1-P + Glucógeno (n glucosas) glucógeno (n-1) glucosas Glucógeno fosforilasa
  15. 15. Glucólisis: fase preparatoria ATP ADP HEXOQUINASAD-Glucosa D-Glucosa-6-fosfato
  16. 16. Glucólisis: fase preparatoria ISOMERIZACIÓN DE LA GLUCOSAP P ISOMERASAD-Glucosa-6-fosfato D-Fructosa-6-fosfato
  17. 17. Glucólisis: fase preparatoria FOSFORILACIÓN DE LA FRUCTOSA-6-FOSFATO ATP ADP P FOSFOFRUCTO QUINASAD-Fructosa-6-fosfato D-Fructosa-1,6,-difosfato
  18. 18. Glucólisis: fase preparatoria RUPTURA DE LA MOLÉCULA DE LA FRUCTOSA P P Gliceraldehído-3-fosfato ALDOLASA PD-Fructosa-1,6,-difosfato Dihidroxiacetona-fosfato
  19. 19. Glucólisis ISOMERIZACIÓN DE LAS TRIOSAS P TRIOSA FOSFATO PDihidroxiacetona ISOMERASA Gliceraldehído fosfato 3-fosfato
  20. 20. Glucólisis: fase de beneficios OPTENCIÓN DEL PODER REDUCTOR NAD NADH H P P P PGliceraldehído 1,3Difosfoglicerato 3-fosfato DESHIDROGENASA Fosforilación a nivel de sustrato
  21. 21. Glucólisis: fase de beneficios RECUPERACIÓN DE ATP P ADP ATP P FOSFOGLICERATO P1,3Difosfoglicerato QUINASA 3-Fosfoglicerato
  22. 22. Glucólisis: fase de beneficios ISOMERIZACIÓN P P FOSFOGLICERATO3-Fosfoglicerato MUTASA 2-Fosfoglicerato
  23. 23. Glucólisis: fase de beneficios DESHIDRATACIÓN P P ENOLASA2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato
  24. 24. Glucólisis: fase de beneficios RECUPERACIÓN DE ATP ADP ATP P PIRUVATO 3Fosfoenolpiruvato QUINASA Piruvato
  25. 25. Glucólisis
  26. 26. Requerimientos y productos de la GLUCÓLISIS GLUCOSA • 2 ÁC. PIRÚVICO 2 ATP • 4 ATP•2 Pi•2 NAD • 2 NADH2 RENDIMIENTO: 2 ATP 2 NADH2 CITOSOL O HIALOPLASMA
  27. 27. Destino del Ác. PirúvicoAnaerobiosis (sin O2) Aerobiosis (con O2)en el citosol en la mitocondriaFermentación Respiración
  28. 28. Oxidación del piruvato a acetil - CoA NAD + NADH+ H+ S - CoA 3 3Piruvato HS - CoA Acetil - CoA PIRUVATO 2 DESHIDROGENASA
  29. 29. S - CoA 3 Acetil - CoA Ciclo de Krebs NA DH+ H+ NA D+ Oxalacetato Citrato Malato Isocitrato NA D+ NA DH+ H+H2 O α -Cetoglutárico CO 2 Fumarato Succinato Succinil-CoAFA DH HS - CoA 2 NA D+ FA D NA DH+ H+ CO 2 S CoA HS - CoA G TP GDP Pi +
  30. 30. Ciclo de Krebs Condensación del acetil - CoA 2 S - CoA + 3 CITRATOAcetil - CoA SINTASA HS - CoA Oxalacetato Citrato
  31. 31. Ciclo de Krebs Isomerización del ácido cítrico ACONITASACitrato Isocitrato
  32. 32. Ciclo de Krebs Oxidación del ácido isocítrico NAD + NADH+H+ ISOCITRATO DESHIDROGENASAIsocitrato α -cetoglutarato
  33. 33. Ciclo de Krebs Descarboxilación oxidativa del α -cetoglutarato NAD + NADH+H+ HS - CoA S - CoA DESHIDROGENASAα -cetoglutarato Succinil-CoA
  34. 34. Ciclo de Krebs Desacilación del Succinil-CoA GDP + Pi GTP S - CoA SUCCINIL-CoA HS - CoA SINTETASASuccinil-CoA Succinato
  35. 35. Ciclo de Krebs Oxidación del Succinato FAD + FADH SUCCINATO DESHIDROGENASASuccinato Fumarato
  36. 36. Ciclo de Krebs Hidratación del Fumarato 2 FUMARATO HIDRATASAFumarato Malato
  37. 37. Ciclo de Krebs Oxidación del malato a oxalacetato NAD + NADH+H+ MALATO DESHIDROGENASAMalato Oxalacetato
  38. 38. Rendimiento del Ciclo de Krebs• Acetil CoA • 2 CO2• 3 H2O • 1 H2O• 3 NAD • 3 NADH2• 1 FAD • 1 FADH2• 1 GDP + Pi • 1 GTPSe ha transformado la materia orgánica en inorgánica.Los electrones han sido recogidos como (H2) por coenzimastransportadoras de electrones (NAD y FAD).Se ha sintetizado una molécula de GTP, análoga al ATP.
  39. 39. Cadena respiratoria
  40. 40. Cadena respiratoria (fosforilación oxidativa)
  41. 41. Cadena respiratoria (fosforilación oxidativa)
  42. 42. Glucosa Gliceraldehído - 3+ - fosfato NAD NADH+H+ ADP ATP Piruvato CO 2 + NAD NADH+H+ Acetil - CoA Oxalacetato Citrato +NADH+H + NAD Isocitrato Malato + NAD NADH+H+ CO 2 Fumarato Cetoglutarato + NADFADH2 NADH+H+ FAD Succinato Succinil - CoA CO 2 GTP GDP
  43. 43. Aminoácidos Glucosa Ácidos Grasos Piruvato CO2 Acetil - CoA Oxalacetato Citrato Malato Isocitrato CO2 Fumarato - Cetoglutarato Succinato Succinil - CoA CO2 NADH Flavoproteína ADP + Pi Coenzima Q ATP Citocromo b ADP + Pi Citocromo c ATP Citocromo a 3 ADP + Pi ATP 2H + + ½ O2
  44. 44. Balance global de la respiración de la glucosaLos NADH + H+ generados en el citoplasma pasan al interior de la mitocondria y en lacadena de transporte electrónico rinden 3 ATP (y no 2 como viene en vuestro libro). Haycasos en que rinde solo 2 ATP.Los NADH + H+ que se generan en la matriz mitocondrial general 3 ATP al pasar por lacadena electrónica.Los FADH2 formados en la matriz mitocondrial solo generan 2 ATP en la cadena detransporte de electrones.El GTP generado en el ciclo de Krebs se cuenta como un ATP Glucosa + 6O2 + 38 ADP + 38 Pi  6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP Glucosa + 6 O2  6CO2 + 6 H2O Gº’ = -686 kcal/mol 38 ADP + 38 Pi  38 ATP + 38 H2O Gº’ = 7,3 kcal/mol x 38 = +263 kcal/mol
  45. 45. Balance global de la respiración de la glucosa
  46. 46. Fermentación FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA 2 NADH H NAD 2 PIRUVATO 3 ALCOHOL 3 3 DESCARBOXILASA DESHIDROGENASAPiruvato Acetaldehído Etanol
  47. 47. Fermentación FERMENTACIÓN LÁCTICA NADH H NAD 3 LACTATO 3 DESHIDROGENASAPiruvato Lactato
  48. 48. Respiración anaerobiaSi en la respiración aeróbica el aceptor final de los electrones es el oxígeno, en larespiración anaeróbica (sin oxígeno) los aceptores finales de los electrones pueden ser:Fe3+, NO3-, SO42- y compuestos orgánicos.Sin embargo, esta respiración es menos eficaz ya que estos compuestos tienen unelectropotencial menos positivo que el par O2/H2O que es de + 0,82 voltios y rindenmenos ATPEste proceso se da en grupos de bacterias determinadas
  49. 49. Catabolismo de lípidos. Ácidos grasos Triglicérido glicerol Ácidos grasos NADNAD.2H Pi Gliceraldehido-P a la β-oxidación o hélice de Lynen en la mitocondria a la glucolisis...
  50. 50. -Oxidación de los ß Ácidos gra sos R - CH 2 - CH 2 - COOH CoA SHácidos grasos (Entra da a mitocondria ) H2O 1 Ca rnitina y ATP ß R - CH 2 - CH 2 - CO SCoA CH-CO CoA 3 S AcilCoA F H AD 2 FAD (1ª oxida ción) + NAD +H H FADH2 2 CH-CO CoA 3 S ß O ß F H AD 2 R - C SCoA R - CH = CH - CO SCoA + NAD +H H AcilCoA EnoilCoA H2O 3 (Hidra ta ción) Repetición Cadena CoA SH del proceso respiratoria O ß ß Ciclo R- C R - CHOH - CH 2 - CO SCoA OH de Krebs 3-hidroxia cilCoA H2O 5 (Hidrólisis) NAD+ 4 ß (2º oxida ción) R - C - CH 2 - CO SCoA NADH + H+ CH3 - CO SCoA = AcetilCoA O AcetilCoA 3-cetoa cilCoA
  51. 51. β oxidación de los ácidos grasos Activación de los ácidos grasos ATP AMP+PPi    3 ( )n + HS - CoA 3 ( )n S - CoA ACIL - CoA Ácido graso SINTETASA Acil - CoA
  52. 52. β oxidación de los ácidos grasos Primera etapa de deshidrogenación FAD FADH2   3 ( )n S - CoA 3 ( )n  S - CoA ACIL - CoA Acil - CoA DESHIDROGENASAEnoil - trans - CoA
  53. 53. β oxidación de los ácidos grasos Etapa de hidratación 3 ( )n  S - CoA 3 ( )n   S - CoAEnoil - trans - CoA ENOIL - CoA L-3-Hidroxiacil - CoA HIDRATASA
  54. 54. β oxidación de los ácidos grasos Segunda etapa de deshidrogenación + NAD NADH H+ +   3 ( )n S - CoA 3 ( )n  S - CoA 3- HIDROXIL - CoAL-3-Hidroxiacil - CoA DESHIDROGENASA 3-Oxoacil - CoA
  55. 55. β oxidación de los ácidos grasos Etapa de escisión H - CoA S  3 ( )n  S - CoA 2 S - CoA + 3 ( )n S - CoA3-Oxoacil - CoA ACETIL - CoA Acetil - CoA Acil - CoA ACETIL-TRANSFERASA
  56. 56. β oxidación de los ácidos grasos Figura: resumen de la oxidación.
  57. 57. Balance energético de la β oxidación de los ácidos grasosPor cada vuelta se obtiene: 1 FADH2, 1 NADH y 1 Acetil-CoA.Para el ácido palmítico, de 16 átomos de carbono (en siete vueltas) se obtiene: 7FADH2, 7NADH y 8 AcetilCoAPor cada Acetil-CoA en el ciclo de Krebs se obtiene: 3NADH, 1 FADH2 y 1GTP. 3 x 3 ATP + 1 x 2 ATP + 1 GTP = 12 ATP8 Acetil-CoA rinden 8 x 12 = 96 ATP ATP  AMP + PPi 2 ATP7 FADH2 rinden 7 x 2 = 14 ATP ATP + AMP  2 ADP7 NADH rinden 7 x 3 = 21 ATP PPi  2 PiEn total: 96 + 14 + 21 = 131 ATP, pero se consume un ATP en la activación del ácidograso al final quedan 130 ATP. Con una eficacia en torno al 40%, como en larespiración de la glucosa.
  58. 58. Glucosa 38 ATP, Ácido caproico 44 ATP ¿Por qué se prefieren los glúcidos?• Movilización más rápida de • En anaerobiosis no glúcidos, antes glucógeno funciona el ciclo de que grasas. Krebs.• Algunos tejidos sólo • En animales, los ácidos utilizan glucosa (nervioso, grasos no se eritrocitos...) transforman en glúcidos. • Son insolubles y necesitan moléculas transportadoras.
  59. 59. Catabolismo de proteínas Catabolismo de proteínasProteínas Aminoácidos Renovación molecular Proteasas internas y energética externasDesaminación oxidativa: Transaminación descarboxilaciónalanina, oxalacético... aa1 cetoácido NAD NAD2H transaminasas NH3 cetoácido aa2 aminaPirúvico, acetil CoA,... En vegetales se reutiliza, en animales Ciclo de Krebs debe eliminarse: amoniotélicos, ureotélicos y uricotélicos.
  60. 60. Catabolismo de proteínas
  61. 61. RESÚMEN
  62. 62. GLUCÓLISIS Ocurre en el citosol sin necesidad de oxígeno y es una secuencia de reacciones en la cual una molécula de glucosa se transforma a dos moléculas de ácido pirúvico. Consta de 10 fases, que se pueden dividir en dos partes: - Preparación. Se consume energía en forma de ATP, 5 primeras fases. - Beneficiosa. Se obtiene ATP y poder reductor en forma de NADH, 5 últimas fases. Se necesitan dos moléculas de ATP para comenzar el proceso. El balance total es: Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2Ac. Pirúvico + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O Si el NADH, producido en la fase 5, no se vuelve a oxidar la ruta se detendrá. La forma de oxidarse dependerá de la disponibilidad del oxigeno.
  63. 63. GLUCÓLISIS
  64. 64. RESPIRACIÓN CELULAR Este proceso se produce en la mitocondria Está compuesta por el ciclo de krebs y la cadena transportadora de electrones. Cadena cíclica de reacciones en las cuales interviene una enzima específica. OBTENCION DE ACETIL-CoA El ácido pirúvico obtenido en la glucólisis necesita transformare, mediante una oxidación, en acetil-CoA para ser utilizado en el ciclo de Krebs. Por medio del enzima piruvato deshidrogenasa, el ácido pirúvico es oxídado, y junto a la unión del CoA-SH se origina Acetil-CoA. Como producto de la reacción se obtiene: Acetil-CoA, CO2 y energía en forma de NADH + H (poder reductor) .
  65. 65. Ciclo de Krebs -Ciclo compuesto por una serie de reacciones en el que se obtiene energía (poder reductor, ATP) . - En cada vuelta de ciclo se consume acilo y regenera un ác. Oxalacético, que puede iniciar otro nuevo ciclo. - Se genera 1 GTP, 3 NADH y 1 FADH -Para oxidar completamente una glucosa se necesita dar dos vueltas de ciclo. (para oxidar dos pirúvicos) - El GTP transfiere su grupo fosfato al ADP y se crea ATP
  66. 66. CADENA RESPIRATORIA- Se pasa la energía producida anteriormente en forma de NADH o FADH a ATP- El ATP final es el que se utiliza para el funcionamiento del organismo.- Si se parte de NADH, el proceso comienza desde el principio, pasando sus electrones (obtenidos mediante la oxidación del NADH) al FMN. - Si se parte de FADH, el proceso comienza pasando sus electrones al CoQ. -Se trasportan electrones por el método oxidación-reducción. - Cuando pasan los electrones los aceptores se encuentran oxidados para aceptarlos, y una vez que los acepta se reduce. - Al final de la cadena se liberan los dos electrones transportados y se unen a dos protones y ½ O2. Dando lugar a la formación de agua.
  67. 67. Obtención de ATPLos protones liberados de los procesos redox en la cadena de electrones,pasan al espacio intermembrana de la mitocondria. Los electrones sequedan en la matriz para formar finalmente agua mediante la unión con losdos protones de hidrógeno y ½ de O2. Al pasar los protones al interior de la matriz se produce gran cantidad de energía potencial. La cual es utilizada por el enzima del sistema F0 y F1 para sintetizar ATP a partir de ADP.
  68. 68. BALANCE ENERGÉTICO GLOBAL Proceso Citoplasma Matriz Transporte mitocondrial electrónico Glucólisis 2ATP 2 x (3ATP) 2ATP 2NADH 6ATPRespiraci Ac. Pirúvico a 2 x (1NADH) 2x(3ATP) 6 ATP ón acetil-CoA Ciclo de 2X(1ATP) 6x(3ATP) 2 ATP Krebs 2X(3NADH) 2x(2ATP) 18 ATP 2X(1FADH2) 4 ATP Balance energético global( por cada molécula de glucosa) 38 ATP
  69. 69. FERMENTACIONES FERMENTACIÓN ETÍLICA: - En células vegetales, hongos y bacterias. -Si se encuentra disponible el oxígeno molecular, degrada el pirúvico hasta CO2 y agua, y se oxida para dar etanol. - Se parte de ácido pirúvico (lglucólisis) y se obtiene como producto 2 ATP, CO2 y Etanol.FERMENTACIÓN LÁCTICA- Se origina ácido láctico a partir de laoxidación del ácido pirúvico.-El NAD+ se regenera para proseguirla glucólisis.
  70. 70. RUTAS CANTABÓLICAS Catabolismo de lípidos Comienza con la hidrólisis en el citoplasma de triacilglicerol por acción de lipasas, originándose glicerol y los correspondientes ác.grasos. El glicerol es transformado y es utilizado en la glucólisis. Y el ác. Graso se une a la carnitina y al Co-A para comenzar la beta oxidación. Catabolismo de proteínas El aminoácido pasa a ser un intermediario metabólico por medio de la transaminasa. Este intermediario comienza el ciclo de transformaciones. La transaminasa hace que el alfa cetoglutarico pase a ac. Glutamico. A su vez este vuelve a transformarse en alfa cetoglutarato por medio del glutamato deshidrogenasa y el NAD se reduce para dar lugar a NADH. Este último se une a una molécula de amoniaco, pudiendo pasar al hígado y comenzar el proceso del ciclo de Krebs.
  71. 71. Beta oxidación de ácidos grasos
  72. 72. Balance energético de la Beta oxidación
  73. 73. Balance energético de la Beta oxidación

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